《非线性光学》PPT课件

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1、非线性光学内容提要线性与非线性光学非线性光学的发展史本课程的主要内容与大纲本课程的教学安排参考书线性光学与非线性光学激光问世之前，光学研究的基本前提是：介质的极化强度与光波的电场强度成正比；光束在介质中传播时，介质光学性质的极化率/折射率是与光强无关的常量；光波独立传播。在上述条件下研究光学问题称为线性光学。P＝cE线性光学与非线性光学线性光学的基本现象光束在媒质中传播时，其频率固定不变；光束传播方向、空间分布的变化来源于光的衍射、反射、折射和干涉等效应。多束光在同一媒质传播时：不产生新的频率；各光束的相位信息彼此不相互传递。光束在媒质中传播时，媒质的主要光学参数：如折射率、吸收系数等，和光

2、束的强度无关，只是光束频率和偏振方向的函数。光束通过光学系统，入射光强与透射光强之间一般成线性关系。线性光学与非线性光学对很强的激光，光波的电场强度可与原子内部的库仑场相比拟，媒质极化强度不仅与场强E的一次方有关，而且还决定于E的更高幂次项，从而导致线性光学中不明显的许多新现象－非线性光学效应。P=c(1)E+c(2)EE+c(3)EEE+…非线性关系光对媒质的作用媒质响应线性光学与非线性光学非线性光学：现代光学的一个分支，研究强相干光作用下产生的非线性现象及其应用研究光和物质之间相互作用的非线性规律；研究由此引发的各种物理现象的规律。探索它们在当前或今后科学技术发展中的各种可能应用非线性光

3、学的发展历史1906年泡克耳斯发现线性电光效应；1929年克尔发现二次电光效应。由于缺乏光学频段非线性研究的必要条件，光学非线性的研究一直停滞不前。非线性光学发展成为今天这样一门重要学科，应该说是从激光出现后才开始的。非线性光学的发展历史1961年Franken等人在Michigen大学的实验－光学倍频实验。非线性光学这个新学科的出现！非线性光学的发展历史非线性光学的发展大致经历了三个不同的时期1961～1965年：非线性光学效应大量而迅速地出现：光学谐波、光学和频与差频、光学参量放大与振荡、多光子吸收、光束自聚焦以及受激光散射等。1965～1969年：继续发现新的非线性光学效应：非线性光谱

4、方面的效应、各种瞬态相干效应、光致击穿等；对已发现的效应进行更深入的了解，并发展各种非线性光学器件。1970年代至今：非线性光学日趋成熟，特点：从固体非线性效应为主的研究扩展到包括气体、原子蒸气、液体、固体以至液晶的非线性效应研究；由二阶非线性效应为主的研究发展到三阶、五阶以至更高阶效应的研究；由一般非线性效应发展到共振非线性效应的研究；就时间范畴而言，则由纳秒进入皮秒、飞秒领域。非线性光学的发展历史1961年Kaiser与Garrett：同时吸收两个光子，原子从基态跃迁到激发态。非线性光学的发展历史若丹明6G染料双光子荧光发射1.06微米激光含悬浮尘粒的酒精倍频晶体0.53微米的倍频光非线

5、性光学的发展历史1962光学和频红宝石硝基苯受激拉曼散射现象非线性光学的发展历史二甲亚砜液盒0.53微米激光散射光＝0.53um+SRS(斯托克斯)斯托克斯非线性光学的发展历史1965年：光学参量放大和振荡非线性光学的发展历史在受激拉曼散射的启示下，受激布里渊散射，受激瑞利散射等也被观察到。基本建立了以介质极化和耦合方程为基础的非线性光学理论上世纪60年代初及中期，在上述非线性现象发现的同时以Bloembergen及他的学生为主非线性光学的发展历史布隆姆贝根是非线性光学理论的奠基人。他提出了一个能够描述液体、半导体和金属等物质的许多非线性光学现象的一般理论框架。他和他的学派在以下三个方面为非

6、线性光学奠定了理论基础：物质对光波场的非线性响应及其描述方法；光波之间以及光波与物质激发之间相互作用的理论；光通过界面时的非线性反射和折射的理论。非线性光学的发展历史理论和实验相结合，一系列三阶非线性光学效应也相继发现。而且还发现：只要有足够的光强，三阶非线性效应存在于所有的介质中。1962年，Askaryan在理论上提出了实现自聚焦的可能性，1964年被实验所验证。70年代初，光学克尔效应得到实验验证。1976年，观察到由于折射率随光强变化产生的光学双稳态效应，从而开始了无论在物理上还是在应用上都是十分重要的非线性光学研究的一个分支：光学双稳态的研究。非线性光学的发展历史自聚焦现象非线性光

7、学的发展历史为较低入射功率水平的情况下，无自聚焦效应产生聚焦透镜所产生的几何焦点位于液盒中央部位CS2液体盒0.1ns绿激光非线性光学的发展历史较高功率水平，经过几何焦点后光束自陷现象的出现非线性光学的发展历史F-P腔饱和吸收体IinIoutIoutIin光学双稳态非线性光学的发展历史70年代中期发现利用四波混频可以实现相位共轭，这是非线性光学中一个重要的发现。非线性光学的发展历史波前畸变理想波前探测器分辨率